KR102071231B1 - 스마트 작업복 - Google Patents

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KR102071231B1
KR102071231B1 KR1020190115026A KR20190115026A KR102071231B1 KR 102071231 B1 KR102071231 B1 KR 102071231B1 KR 1020190115026 A KR1020190115026 A KR 1020190115026A KR 20190115026 A KR20190115026 A KR 20190115026A KR 102071231 B1 KR102071231 B1 KR 102071231B1
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Abstract

스마트 작업복이 개시된다. 스마트 작업복은 신체에 착용가능하며, 섬유 소재로 제공되는 의류 부재; 상기 의류 부재의 전면에 제공되며, 신체의 생체 신호를 감지하는 복수 개의 센서 부재; 상기 의류 부재의 후면에서 상기 의류 부재에 직조되는 복수 개의 전극 부재; 상기 의류 부재에 직조되며, 상기 센서 부재와 상기 전극 부재를 일대일로 연결하고, 전도성 섬유로 제공되는 연결 부재; 및 상기 의류 부재의 후면에 제공되고, 상기 전극 부재와 전기적으로 연결되며, 상기 생체 신호를 처리하는 신호 처리 부재를 포함한다.

Description

스마트 작업복{Smart working clothes}
본 발명은 스마트 작업복에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 작업자의 생체 신호 측정이 가능한 스마트 작업복에 관한 것이다.
4차 산업 혁명으로 명명되는 Industry 4.0은 제조업과 ICT 등의 융합을 통해 미래형 생산체계로 변화되며, 생산과 서비스 요소 간 네트워크로 연결되고 정보를 교환함으로써 최적화된 생산 및 근로자의 건강과 안전관리 중요성을 강조한다.
기존에는 산업안전을 위해서는 주로 작업장의 환경 요소만 고려한 기술들만이 개발되어 왔으며, 산업 근로자에 대한 피로도, 집중도, 스트레스, 심장이상, 폐활량, 이산화탄소 중독 등의 건강상태를 파악하는 기술에 대한 개발이 제대로 이루어지지 않고 있다.
한국 등록특허공보 10-1951538호(2019.02.18 등록)
본 발명은 작업자의 생체 신호 측정이 가능한 스마트 작업복을 제공한다.
스마트 작업복은 신체에 착용가능하며, 섬유 소재로 제공되는 의류 부재; 상기 의류 부재의 전면에 제공되며, 신체의 생체 신호를 감지하는 복수 개의 센서 부재; 상기 의류 부재의 후면에서 상기 의류 부재에 직조되는 복수 개의 전극 부재; 상기 의류 부재에 직조되며, 상기 센서 부재와 상기 전극 부재를 일대일로 연결하고, 전도성 섬유로 제공되는 연결 부재; 및 상기 의류 부재의 후면에 제공되고, 상기 전극 부재와 전기적으로 연결되며, 상기 생체 신호를 처리하는 신호 처리 부재를 포함한다.
또한, 상기 전극 부재는 의류 부재의 후면에서 중심영역을 상하방향으로 가로지르는 중심선을 기준으로 상기 중심선의 양측에 각각 위치하며, 상하방향으로 2열로 정렬될 수 있다.
또한, 상기 전극 부재들은 상기 중심선으로부터 동일 거리에 위치할 수 있다.
또한, 상기 의류 부재의 후면에서 상기 의류 부재와 직조되며, 상기 전극 부재들과 상기 신호 처리 부재를 덮으며, 개구가 형성된 섬유 재질의 덮개 부재; 및 상기 덮개 부재에 제공되며, 상기 개구를 개폐하는 지퍼를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전도성 섬유는, 섬유를 알코올 증기에 노출시키고, 상기 섬유를 실리카 레진과 전도성 입자가 혼합된 혼합 용액으로 코팅하고, 상기 혼합 용액이 코팅된 섬유를 상온에서 1차 열처리하고, 상온보다 높은 온도에서 2차 열처리하여 제조될 수 있다.
본 발명에 의하면, 작업자의 생체 신호를 측정하고, 이를 분석함으로써 작업자의 건강상태를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스마트 작업복의 전면을 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 스마트 작업복의 후면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전극 부재를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전도성 섬유의 제조 과정을 나타내는 순서도이다.
도 6는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전도성 섬유의 제조 과정을 나타내는 순서도이다.
도 7은 도 6의 실시 예에 따라 제조된 전도성 섬유의 단면을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스마트 작업복의 전면을 나타내는 도면이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 스마트 작업복의 후면을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 스마트 작업복(10)은 작업자의 신체에 착용되며, 신체의 생체 신호를 측정한다. 스마트 작업복(10)은 의류 부재(100), 센서 부재(110 내지 160), 전극 부재(170 내지 220), 연결 부재(230 내지 280), 그리고 신호 처리 부재(300)를 포함한다.
의류 부재(100)는 작업자의 신체에 착용가능하며, 천연 섬유 또는 합성 섬유로 직조된다. 의류 부재(100)는 작업자의 상체에 착용되는 상의 또는 작업자의 하체에 착용되는 하의 중 어느 하나로 제공될 수 있다. 본 실시 예에서는 의류 부재(100)가 상의로 제공되는 것을 예를 들어 설명한다.
센서 부재(110 내지 160)는 의류 부재(100)에 적어도 하나 이상 제공될 수 있다. 실시 예에 의하면, 센서 부재(110 내지 160)는 의류 부재(100)의 전면에 제공된다. 센서 부재(110 내지 160)는 의류 부재(100)의 복수 개의 지점에 각각 제공되며, 생체 신호를 측정한다.
일 예에 의하면, 센서 부재(110 내지 160)는 작업자의 심전도, 호흡, 체온, 체지방 중 적어도 어느 하나를 측정할 수 있다. 심전도, 호흡, 체온을 측정하기 위한 센서 부재(110, 120)들은 작업자의 흉부에 대응하는 위치에 제공되고, 체지방을 측정하기 위한 센서 부재(130, 140)는 작업자의 복부에 대응하는 위치에 제공될 수 있다. 또한, 센서 부재(150, 160)는 작업자의 팔뚝 또는 어깨 부위에 부착되어, 작업자의 근육에서 발생되는 생체 신호를 측정할 수 있다. 이외에도 작업자의 다른 생체 신호를 측정할 수 있는 센서 부재들이 의류 부재(100)에 제공될 수 있다.
개별 센서 부재(110 내지 160)는 복수의 센서(111 내지 161)들이 어레이(aray)로 배열될 수 있다. 각각의 센서(111 내지 161)들은 의류 부재(100)의 내측면으로 노출되어 작업자의 신체와 접촉되도록 제공된다. 도면에는 도시하지 않았지만, 의류 부재(100)의 일부 영역에는 탄성 소재가 제공되며, 탄성 소재에 의해 센서(111 내지 161)들이 작업자의 신체에 밀착될 수 있다.
전극 부재(170 내지 220)는 의류 부재(100)의 후면에 제공된다. 전극 부재(170 내지 220)는 전도성 섬유로 제공되며, 기 설정된 면적으로 의류 부재(100)에 직조된다. 전극 부재(170 내지 220)는 센서 부재(110 내지 160)의 전극(111 내지 161)들에 대응하는 개수로 제공된다. 실시 예에 의하면, 전극 부재(170 내지 220)는 센서(111 내지 161)들과 일대일 대응하여 제공된다. 전극 부재(170 내지 220)들은 의류 부재(100)의 후면에서 중앙 영역을 상하방향으로 가로지르는 중심선(L)을 기준으로, 중심선(L)의 양측에 복수 개씩 위치하며, 상하방향으로 정렬된다. 전극 부재(170 내지 220)는 중심선(L)으로부터 동일 거리에 위치할 수 있다. 이에 의해, 전극 부재(170 내지 220)들은 중심선(L) 방향으로 2열로 정렬된다. 중심선(L)은 작업자의 척추 라인과 일치될 수 있다. 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전극 부재를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 전극 부재(170 내지 220)는 각각 스냅 버튼(171)을 더 포함할 수 있다. 스냅 버턴(171)은 의류 부재(100)의 외측면에 위치하며, 전도성 섬유(230)에 의해 의류 부재(100)에 고정 부착된다. 스냅 버턴(171)은 도선(310)과 연결될 수 있다.
연결 부재(230 내지 280)는 센서 부재(110 내지 160)와 전극 부재(170 내지 220)를 연결한다. 연결 부재(230 내지 280)는 전도성 섬유로 제공되며, 기 설정된 경로를 따라 의류 부재(100)에 직조된다. 연결 부재(230 내지 280)는 복수 개 제공되며, 일단이 센서 부재(110 내지 160)의 센서(111 내지 161)들과 각각 연결되고, 타단이 전극 부재(170 내지 220)와 연결될 수 있다. 연결 부재(230 내지 280)는 센서(111 내지 161)와 전극 부재(170 내지 220)를 일대일로 연결하며, 센서(111 내지 161)에서 측정된 생체 신호를 전극 부재(170 내지 220)에 전달한다. 연결 부재(230 내지 280)는 인타샤 기법으로 의류 부재(100)에 직조될 수 있다. 이에 의해, 연결 부재(230 내지 280)의 표면과 이면은 의류 부재(100)의 표면 및 이면과 동일한 레이어 상에 위치할 수 있다. 연결 부재(230 내지 280)는 센서(111 내지 161)로부터 전극 부재(170 내지 220)까지 가장 짧은 경로를 따라 의류 부재(100)에 직조될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 연결 부재(230 내지 280)로 제공되는 전도성 섬유는 천연 섬유 또는 인공 섬유의 표면에 전도성 입자가 코팅된 구조로 제공될 수 있다. 전도성 입자는 은을 포함한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전도성 섬유의 제조 과정을 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 상기 전도성 섬유의 제조는 섬유 표면에 작용기를 생성하는 단계(S110), 작용기가 생성된 섬유 표면에 실리카 레진과 전도성 입자가 혼합된 혼합 용액을 코팅하는 단계(S120), 혼합 용액이 코팅된 섬유를 상온에서 1차 건조 및 경화하는 단계(S130), 그리고 1차 건조 및 경화가 완료된 섬유를 상온보다 높은 온도에서 2차 열 경화하는 단계(S140)를 포함한다.
섬유 표면에 작용기를 생성하는 단계(S110)는 챔버 내에 알코올 증기 분위기를 형성하고, 섬유를 알코올 증기에 노출시킨다. 알코올 증기에의 노출로, 섬유의 표면에는 작용기가 생성된다.
작용기가 생성된 섬유 표면에 실리카 레진과 전도성 입자가 혼합된 혼합 용액을 코팅하는 단계(S120)는, 먼저 실리카 레진을 준비한다. 실리카 레진은 메탄올에 알콕시 실란을 용해 후 나노 사이즈의 실리카 분말을 분산한다. 실리카 분말은 10~20nm 직경의 입자일 수 있다. 실리카 분말이 분산된 용액을 기 설정된 온도에서 기 설정된 시간 동안 1차 교반하며 열처리를 수행한다. 실시 예에 의하면, 실리카 분말이 분사된 용액을 40~50°C 온도에서 20시간 동안 교반하며 열처리를 수행한다. 1차 교반이 완료된 용액에 에폭시 레진을 첨가하고, 기 설정된 시간 동안 2차 교반한다. 2차 교반은 24시간 동안 수행되며 1차 교반보다 느린 속도로 진행된다. 2차 교반이 완료되면, 용액을 진공 상태의 챔버 내에서 기 설정된 시간 동안 대기한다. 교반이 완료된 용액이 진공 상태의 챔버 내에서 대기하는 동안 열처리를 수행한다. 열처리는 50°C 이상의 온도에서 수행된다. 실시 예에 의하면, 열처리는 60~70°C에서 진행된다. 열처리에 의해, 용액으로부터 메탄올이 제거되며, 이에 의해 실리카 레진이 제조된다.
실리카 레진에 전도성 분말을 기 설정된 시간 동안 교반하여 혼합 용액을 제조한다. 전도성 분말은 실리카 레진 대비 40~45% 중량으로 혼합될 수 있다. 혼합 용액의 교반은 20분 동안 수행될 수 있다.
혼합 용액이 제조되면, 작용기가 생성된 섬유 표면에 혼합 용액을 코팅한다. 작용기는 혼합 용액의 코팅을 돕는다.
혼합 용액이 코팅된 섬유는 상온에서 1차 건조된다(S130). 1차 건조 및 경화가 완료된 섬유는 상온보다 높은 온도에서 2차 열 경화시킨다(S140). 2차 열 경화는 150~200˚C에서 수행될 수 있다. 상술한 과정으로 제조된 전도성 섬유는 실리카 레진에 혼합된 전도성 입자가 섬유의 표면을 따라 전기적 신호가 흐를 수 있는 채널을 형성한다. 그리고 실리카 레진은 전도성 입자와 공기와의 접촉을 차단하며, 전도성 입자의 산화를 예방한다.
도 6는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전도성 섬유의 제조 과정을 나타내는 순서도이고, 도 7은 도 6의 실시 예에 따라 제조된 전도성 섬유의 단면을 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 전도성 섬유는 천연 섬유 또는 인공 섬유(21)의 표면에 전도성 입자층(22)과 축광 안료층(23)이 코팅된 구조로 제공될 수 있다. 섬유(21)의 표면에 전도성 입자층(22)을 1차 코팅(S100) 후 축광 안료층(23)을 2차 코팅할 수 있다(S200). 전도성 입자의 코팅은 상술한 과정과 동일하게 진행된다.
축광 안료를 2차 코팅하는 과정(S200)은, 전도성 입자가 1차 코팅된 섬유 표면에 작용기를 생성하는 단계(S210), 작용기가 생성된 섬유 표면에 실리카 레진과 축광 안료가 혼합된 혼합 용액을 코팅하는 단계(S220), 혼합 용액이 코팅된 섬유를 상온에서 1차 건조 및 경화하는 단계(S230), 그리고 1차 건조 및 경화가 완료된 섬유를 상온보다 높은 온도에서 2차 열 경화하는 단계(S240)를 포함한다.
전도성 입자가 1차 코팅된 섬유 표면에 작용기를 생성하는 단계(S210)는 챔버 내에 알코올 증기 분위기를 형성하고, 섬유를 알코올 증기에 노출시킨다. 알코올 증기에의 노출로, 섬유의 표면에는 작용기가 생성된다.
작용기가 생성된 섬유 표면에 실리카 레진과 축광 안료가 혼합된 혼합 용액을 코팅하는 단계(S220)는 실리카 레진과 축광 안료를 기 설정된 시간 동안 혼합하여 혼합 용액을 생성한다. 실리카 레진은 위에서 설명한 방법과 동일한 과정으로 제조될 수 있다. 축광 안료는 실리카 레진 대비 10~40% 로 혼합될 수 있다. 실리카 레진에 축광 안료를 혼합하고, 기 설정된 시간 동안 교반하여 혼합 용액을 제조한다. 축광 안료는 히토류 기반의 축광안료가 사용될 수 있다. 실시 예에 의하면, 축광 안료는 ZnS(황화아연)계 축광안료가 사용될 수 있다. 축광 안료는 20~30 microns의 입도를 가질 수 있다. 실리카 레진과 축광 안료의 혼합은 20분간 수행될 수 있다.
혼합 용액을 작용기가 생성된 섬유 표면에 코팅하고 상온에서 1차 건조 및 경화시킨다(S230). 작용기는 실리카 레진이 1차 코팅된 섬유의 표면과 실리카 레진의 결합을 용이하게 한다. 1차 건조 및 경화가 완료되면, 상온보다 높은 온도에서 2차 열 경화시킨다(S240). 2차 열 경화는 150~200˚C에서 수행될 수 있다. 축광 안료가 함유된 코팅층은 자연광 또는 인조광의 에너지를 흡수 및 축적하여 어두운 곳에서 형광빛을 방출한다.
상기 과정으로 제조된 전도성 섬유는 실리카 레진의 2차 코팅으로 외부로부터 노이즈 신호 개입이 최소화될 수 있다. 그리고 전도성 섬유에 코팅된 축광 안료는 연결 부재가 직조된 경로 및 어두운 장소에서 스마트 작업복에 대한 시인성을 향상시킨다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 신호 처리 부재(300)는 의류 부재(100)의 후면에 제공된다. 신호 처리 부재(300)는 도선(310)을 통해 전극 부재(170 내지 220)들과 개별적으로 연결된다. 센서 부재(110 내지 160)에서 측정된 생체 신호는 연결 부재(230 내지 270)와 전극 부재(170 내지 220), 그리고 도선(310)을 통해 신호 처리 부재(300)에 수신된다. 신호 처리 부재(300)는 수신된 생체 신호를 처리할 수 있다. 또한, 신호 처리 부재(300)는 수신된 생체 신호를 증폭시킬 수 있다. 신호 처리 부재(300)는 무선 통신을 통해 처리된 생체 신호를 외부 기기에 전송할 수 있다.
스마트 작업복(10)은 덮개 부재(400)를 더 포함할 수 있다. 덮개 부재(400)는 의류 부재(100)와 동일한 섬유로 의류 부재(100)와 일체로 직조될 수 있다. 덮개 부재(400)는 의류 부재(100)의 후면에 제공되며, 개구(410)가 형성된다. 개구(410)에는 지퍼(420)가 제공되며, 지퍼(420)의 의해 개구(410)가 개폐될 수 있다. 덮개 부재(400)는 전극 부재(170 내지 220)들과 신호 처리 부재(300)를 커버할 수 있는 면적으로 제공된다. 본 발명에서는 전극 부재(170 내지 220)가 의류 부재(100)의 후면에서 중심선(L)을 따라 2열 정렬되고, 중심선(L)으로부터 동일 거리에 위치하며, 하나의 덮개 부재(400)로 전극 부재(170 내지 220)들을 모두 커버할 수 있다. 덮개 부재(400)는 외부로부터 전극 부재(170 내지 220)들과 신호 처리 부재(300)의 손상을 방지한다. 필요 시 개구(410)를 개방하여 전극 부재(170 내지 220)들과 신호 처리 부재(300)를 용이하게 유지 보수할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10: 스마트 작업복
100: 의류 부재
110 내지 160: 센서 부재
170 내지 220: 전극 부재
230 내지 280: 연결 부재
300: 신호 처리 부재

Claims (4)

  1. 신체에 착용가능하며, 섬유 소재로 제공되는 의류 부재;
    상기 의류 부재의 전면에 제공되며, 신체의 생체 신호를 감지하는 복수 개의 센서 부재;
    상기 의류 부재의 후면에서 상기 의류 부재에 직조되는 복수 개의 전극 부재;
    상기 의류 부재에 직조되며, 상기 센서 부재와 상기 전극 부재를 일대일로 연결하고, 전도성 섬유로 제공되는 연결 부재; 및
    상기 의류 부재의 후면에 제공되고, 상기 전극 부재와 전기적으로 연결되며, 상기 생체 신호를 처리하는 신호 처리 부재를 포함하되,
    상기 연결 부재의 표면 및 이면은 상기 의류 부재의 표면 및 이면과 동일한 레이어 상에 위치하고,
    상기 연결 부재는
    섬유;
    상기 섬유의 표면에 실리카 레진과 전도성 입자가 혼합된 혼합 용액이 1차 코팅된 전도성 입자층; 및
    상기 전도성 입자층의 표면에 실리카 레진과 축광 안료가 혼합된 혼합 용액이 2차 코팅된 축광 안료층을 포함하는 스마트 작업복.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 부재는 의류 부재의 후면에서 중심영역을 상하방향으로 가로지르는 중심선을 기준으로 상기 중심선의 양측에 각각 위치하며, 상하방향으로 2열로 정렬되고,
    상기 전극 부재들은 상기 중심선으로부터 동일 거리에 위치하는 스마트 작업복.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 의류 부재의 후면에서 상기 의류 부재와 직조되며, 상기 전극 부재들과 상기 신호 처리 부재를 덮으며, 개구가 형성된 섬유 재질의 덮개 부재; 및
    상기 덮개 부재에 제공되며, 상기 개구를 개폐하는 지퍼를 포함하는 스마트 작업복.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 입자층은,
    상기 섬유를 알코올 증기에 노출시키고, 상기 섬유를 실리카 레진과 전도성 입자가 혼합된 혼합 용액으로 코팅하고, 상기 혼합 용액이 코팅된 섬유를 상온에서 1차 열처리하고, 상온보다 높은 온도에서 2차 열처리하여 제조되는 스마트 작업복.
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